Siete alla ricerca di un sistema di estrazione potente e affidabile per produrre estratti botanici di alta qualità? Qui potete trovare un confronto tra le tecniche di estrazione più comuni, tra cui l'estrazione a ultrasuoni, l'estrazione supercritica di CO2, l'estrazione di etanolo, la macerazione tra gli altri e i loro vantaggi e svantaggi.

Estrazione botanica con ultrasuoni e tecniche alternative

L'estrazione di sostanze botaniche può essere effettuata con diverse tecniche. Tuttavia, l'efficienza, la resa e la qualità dell'estratto sono fortemente influenzate dal metodo e dal protocollo di estrazione utilizzati. La macerazione, l'estrazione con CO2 supercritica, la percolazione e l'estrazione Soxhlet sono metodi di estrazione comuni, che spesso danno risultati insufficienti.
L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di isolamento sofisticata, che supera i metodi di estrazione tradizionali in diversi punti.
L'estrazione con sonda a ultrasuoni è un metodo molto efficace per estrarre composti dalle piante e da altri materiali. Rispetto ad altri metodi come la macerazione, l'estrazione con CO2, la percolazione e l'estrazione a microonde, l'estrazione con sonda a ultrasuoni eccelle grazie a diversi vantaggi:

• Estrazione più rapida: L'estrazione con sonda a ultrasuoni può estrarre i composti molto più velocemente rispetto alla macerazione e alla percolazione. Questo perché le onde ultrasoniche creano bolle di cavitazione nel solvente, che creano micro-shock che aiutano a rompere le pareti cellulari e a rilasciare i composti più rapidamente.
• Rendimento più elevato: L'estrazione con sonda a ultrasuoni può estrarre una maggiore quantità di composti rispetto alla macerazione, all'estrazione con CO2 e alla percolazione. Questo perché le onde ultrasoniche aiutano a rilasciare una quantità maggiore di composti target dal materiale da estrarre.
• Più efficiente: L'estrazione con sonda a ultrasuoni è più efficiente rispetto alla macerazione, all'estrazione con CO2, alla percolazione e agli estrattori Soxhlet, in quanto richiede meno solvente per estrarre la stessa quantità di composti. Questo perché le onde ultrasoniche contribuiscono ad aumentare la solubilità dei composti target nel solvente.
• Versatilità: L'estrazione con sonda a ultrasuoni può essere utilizzata per estrarre un'ampia gamma di composti da vari materiali, compresi quelli idrofili e idrofobici. Ciò significa che gli ultrasuoni sono eccellenti anche per la produzione di estratti a spettro completo.
• Costo ridotto: L'estrazione con sonda a ultrasuoni è generalmente meno costosa dell'estrazione con CO2, della percolazione, della macerazione e dell'estrazione Soxhlet, in quanto non richiede attrezzature ad alta pressione o manodopera che richiede molto tempo.
• Rispettoso dell'ambiente: Le sonde a ultrasuoni consentono un'estrazione rispettosa dell'ambiente, poiché richiedono meno solventi ed energia rispetto ad altri metodi e producono meno rifiuti. Sebbene la sonicazione sia compatibile con qualsiasi solvente, grazie all'elevata efficienza degli ultrasuonatori è possibile evitare soprattutto i solventi tossici. L'etanolo, l'etanolo acquoso e l'acqua sono ottimi solventi per l'estrazione botanica a ultrasuoni.

Rispetto alle tradizionali tecniche di estrazione botanica, l'estrazione con sonda a ultrasuoni offre vantaggi significativi, il che spiega l'ampio uso dell'estrazione a ultrasuoni per numerosi composti bioattivi dalle piante.

Estrazione di estratti di alta qualità da prodotti botanici

Per gli estratti botanici di alta qualità non solo la materia prima (materiale vegetale) è essenziale, ma anche la tecnica di estrazione applicata è fondamentale. Gli estratti vegetali sono sensibili alla temperatura, il che significa che sono degradati dal calore. E 'quindi fondamentale scegliere un metodo di estrazione non termica.
La selezione del solvente di estrazione è un altro fattore importante, che influenza la qualità dell'estratto. Solventi come esano, metanolo, butano e altre sostanze chimiche aggressive possono contaminare l'estratto. Anche se i solventi vengono rimossi dopo l'estrazione, è possibile trovare tracce di solventi tossici nell'estratto finale. Acqua, alcool, etanolo, glicerina o oli vegetali sono solventi sicuri, non tossici e approvati dalla FDA per il consumo.

Protocollo passo-passo di estrazione botanica con sonda a ultrasuoni

Come si estraggono i composti bioattivi dalle piante utilizzando gli ultrasuoni a sonda? Di seguito sono riportate le istruzioni passo-passo per l'estrazione di sostanze fitochimiche e composti bioattivi da materiale vegetale come foglie, petali, corpi fruttiferi, steli, radici o rizomi!

1. In primo luogo, il materiale vegetale viene macinato o sminuzzato in piccoli pezzi per aumentare la superficie di estrazione.
2. Il materiale vegetale viene quindi mescolato con un solvente (come etanolo o acqua) per estrarre i polifenoli.
3. L'ultrasuonoterapia a sonda viene quindi utilizzata per favorire il processo di estrazione applicando alla miscela onde ultrasonore ad alta intensità e bassa frequenza a circa 20 kHz. Ciò provoca una cavitazione acustica e una rapida vibrazione del solvente, che favorisce la disintegrazione e la rottura delle cellule vegetali e il rilascio di sostanze bioattive come polifenoli, flavonoidi e vitamine.
4. La miscela viene poi filtrata per separare il materiale vegetale solido dal liquido contenente i composti bioattivi estratti.
5. Il liquido viene quindi evaporato o sottoposto a ulteriori trattamenti per rimuovere il solvente e concentrare le molecole bioattive.
6. Il prodotto finale è un estratto ricco di bioattivi che può essere utilizzato in varie applicazioni, come integratori alimentari, alimenti funzionali e cosmetici.

Nota: questa è una panoramica del processo e le condizioni specifiche (solvente, rapporto tra materiale vegetale e solvente, tempo di estrazione, potenza degli ultrasuoni, ecc.) possono variare a seconda della fonte vegetale e del contenuto di sostanze bioattive desiderato.

Come funziona l'estrazione a ultrasuoni?

L'estrazione a ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica ultrasonica ed è un trattamento puramente meccanico. Simile a un mixer ad alto potere di taglio, un ultrasuonatore crea solo forze di taglio meccaniche nel mezzo di processo. L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di estrazione non termica e priva di sostanze chimiche.
Che cos'è la cavitazione acustica? – La cavitazione acustica o ultrasonica si verifica quando onde ultrasoniche ad alta potenza e a bassa frequenza sono accoppiate in un impasto costituito da materiale botanico in un liquido (solvente). Le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate attraverso un processore ultrasonico di tipo sonda nel liquame botanico. Le onde ultrasoniche altamente energetiche viaggiano attraverso il liquido creando cicli alternati di alta pressione e bassa pressione, il che provoca il fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ultrasonica porta localmente a condizioni estreme come differenziali di pressione molto alti e forze di taglio elevate. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie dei solidi (come particelle, cellule vegetali, tessuti ecc.), i micro-getti e la collisione interparticellare generano effetti come la rottura delle particelle, la sonoporazione (la perforazione delle pareti e delle membrane cellulari) e la rottura delle cellule. Inoltre, l'implosione delle bolle di cavitazione nei mezzi liquidi crea turbolenze e agitazione, che favoriscono il trasferimento di massa tra l'interno delle cellule e il solvente circostante. L'irradiazione a ultrasuoni è un modo altamente efficiente per migliorare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione provoca la cavitazione e i suoi meccanismi correlati come il micromovimento da parte dei getti di liquido, la compressione e la decompressione nel materiale con la conseguente rottura delle pareti cellulari.
A seconda della materia prima, il processo di estrazione ad ultrasuoni può richiedere elevate intensità, ad esempio per rompere cellule vegetali rigide o materiale con un'elevata quantità di cellulosa. Gli ultrasuoni a sonda possono generare ampiezze molto elevate, necessarie per generare una cavitazione di impatto. Hielscher Ultrasonic produce estrattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni, che possono facilmente creare ampiezze di 200µm in funzionamento continuo 24/7. Per ampiezze ancora più elevate, Hielscher offre sonotrodi ad alta ampiezza specificati (sonotrodi).
I reattori ad ultrasuoni pressurizzabili e le celle a flusso vengono utilizzati per intensificare la cavitazione. Con l'aumentare delle pressioni, la cavitazione e le forze di taglio cavitazionale diventano più distruttive e migliorano così gli effetti dell'estrazione a ultrasuoni.

Estrarre fitofarmaci e composti bioattivi con sonicazione

L'estrazione ad ultrasuoni viene utilizzata per liberare e isolare un'ampia varietà di composti bioattivi (i cosiddetti fitochimici) dalle piante.
L'elenco che segue offre una piccola panoramica sui prodotti fitochimici estratti ad ultrasuoni:

• CBD e altri cannabinoidi da Cannabis e canapa
• terpeni
• zenzero
• rosmarino
• Capsaicina da Chillies
• Caffeina dai chicchi di caffè
• Astaxantina dalle alghe
• Allicina da Aglio
• Catechine (EGEC) da Tea
• Ellagitannini di Melograno
• Estratti di erbe ayurvediche
• Nicotina da tabacco
• Oli Essenziali
• Pectine da bucce di agrumi

Solventi per l'estrazione ad ultrasuoni

L'estrazione ad ultrasuoni è compatibile con quasi tutti i solventi. Più comunemente, l'etanolo, l'acqua, la miscela etanolo/acqua, la glicerina e gli oli vegetali sono utilizzati per l'estrazione di composti bioattivi da piante, in quanto questi solventi sono considerati sicuri per il consumo e sono facili da usare.
Per saperne di più sui solventi utilizzati per l'estrazione a ultrasuoni!

I vantaggi dell'estrazione ad ultrasuoni di etanolo

L'etanolo è uno dei solventi più comunemente usati con estrazione a ultrasuoni grazie alla sua sicurezza (approvato dalla FDA per il consumo), alla sua efficacia e alla sua ampia solvibilità. L'estrazione ad ultrasuoni dell'etanolo supera gli altri solventi e altre tecnologie di estrazione con efficienza dei costi, scalabilità lineare, semplicità e sicurezza.
La superiore efficacia dell'etanolo come solvente è legata alla sua composizione chimica di una coda idrocarburica e di un singolo gruppo idrossile. Questa composizione chimica permette all'etanolo di sciogliere ed estrarre un ampio spettro di sostanze, dai polifenoli, flavonoidi, terpeni, cannabinoidi e lipidi (oli).
Per esempio, l'estrazione ultrasonica di etanolo dei cannabinoidi non richiede l'invernaggio (decerizzazione), un passo richiesto con altri metodi di estrazione come l'estrazione di CO2 per rimuovere le cere.

L'estrazione con etanolo presenta effetti diversi a seconda della temperatura dell'etanolo. L'etanolo riscaldato è spesso usato per produrre estratti a tutto spettro, che sono apprezzati per il loro effetto di entourage. D'altra parte, l'etanolo freddo come il ghiaccio è usato preferibilmente per produrre distillati di erbe o di cannabis. L'estrazione in etanolo ghiacciato non richiede una successiva filtrazione. Poiché l'estrazione a ultrasuoni è un trattamento non termico, può essere usata con etanolo caldo/caldo o raffreddato/ghiacciato. I reattori a ultrasuoni rivestiti aiutano a mantenere la temperatura di lavorazione desiderata durante il trattamento. Il controllo digitale e il software intelligente dell'estrattore a ultrasuoni monitorano la temperatura di lavorazione tramite sensori di temperatura collegabili e possono essere programmati per fermare o mettere in pausa il trattamento di estrazione quando la temperatura del mezzo esce da un certo intervallo.

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I sistemi di estrazione ad alte prestazioni di Hielscher Ultrasonics sono disponibili su qualsiasi scala, dalla piccola dimensione del laboratorio, alla scala pilota di medie dimensioni fino alla produzione completamente industriale di diverse tonnellate all'ora. A seconda della produttività, gli estrattori ad ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati in modalità batch o in linea continua. La scelta del solvente dipende da voi, poiché gli ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati in combinazione con qualsiasi solvente. Tutti i dispositivi di estrazione ad ultrasuoni sono semplici e sicuri da utilizzare. In accordo con la vostra materia prima, le capacità di processo e l'obiettivo di uscita, Hielscher vi offre l'ultrasuonizzatore più adatto.
I processi di estrazione ad ultrasuoni sono influenzati dalla materia prima, dal solvente e dalla produttività. Sono disponibili vari accessori come sonotrodi (sonotrodi) di varie dimensioni e forme, trombe di richiamo, celle di flusso con vari volumi e geometrie, sensori di temperatura e pressione innestabili e molti altri gadget per assemblare la configurazione ad ultrasuoni ideale per il vostro processo di estrazione.
Il controllo del processo è fondamentale per ottenere un risultato riproducibile. Pertanto, tutti i modelli digitali sono dotati di un software intelligente, che consente di regolare, monitorare e rivedere i parametri di estrazione. Grazie al controllo preciso dell'ampiezza, del tempo di sonicazione e dei cicli di lavoro, è possibile ottenere risultati di processo ottimali, come una resa superiore e la massima qualità dell'estrazione. La registrazione automatica dei dati del processo di sonicazione è la base per la standardizzazione del processo e la riproducibilità/ripetibilità, necessarie per le buone pratiche di produzione (GMP).

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Letteratura / Referenze